JP2000343246A

JP2000343246A - 軸状部材の摩擦圧接部構造及び摩擦圧接方法

Info

Publication number: JP2000343246A
Application number: JP11156493A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kawamoto; 滋河本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 1999-06-03
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】軸状部材の摩擦圧接部構造及び接合方法に関
し、軸状部材どうしの接合強度を確保しながら接合部の
溶融層及び熱影響層を薄くできるようにして接合精度を
高めるとともに装置を小型化できるようにする。【解決手段】第１の軸１１と第２の軸２１とを互いに
同一軸心線上で相対回転させて軸心線方向へ圧接力を加
えて突き合わせ接合する摩擦圧接部構造において、第１
の軸１１の接合端面１２にテーパ状内周面１４を有する
凹部１３を形成し、第２の軸２１の接合端面２２にテー
パ状内周面１４と対応するテーパ状外周面２４を有する
凸部２３を形成し、テーパ状内周面１４とテーパ状外周
面２４との接合により両軸１１，２１とを摩擦圧接す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２つの中実軸を突
き合わせ溶接するのに用いて好適の、軸状部材の摩擦圧
接部構造及び摩擦圧接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２つの中実軸を突き合わせ溶接する技術
として、２つの中実軸を互いに同一軸心線上で相対回転
させて両中実軸の軸端どうしを圧接することにより突き
合わせ接合する摩擦圧接方法が開発されている。例えば
図６はこのような摩擦圧接方法を説明する図であり、図
７（ａ）に示すように、第１の中実軸１及び第２の中実
軸２の各軸端１Ａ，２Ａは、軸心線に対して垂直な平面
状に加工されている。そして、例えば第１の中実軸１の
回転を固定して、第２の中実軸２を第１の中実軸１と軸
心線が合うように配置した上で回転させる。

【０００３】このように第１の中実軸１と第２の中実軸
２とを相対回転させた状態で第１の中実軸１と第２の中
実軸２とを互いに軸心線方向に接近させて圧接すると、
平面状の各軸端１Ａ，２Ａどうしで摩擦が生じるため、
これらの軸端１Ａ，２Ａが互いに溶融して図７（ｂ）に
示すように溶着する。この溶着により溶着部の外周には
溶接バリ３が発生するので、図７（ｃ）に示すようにこ
の溶着部外周を機械加工して溶接バリ３を除去して滑ら
かにしている。この溶接バリ３を除去する機械加工は、
一般に、粗加工と仕上げ加工との２段階の工程からな
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
の中実軸状部材の摩擦圧接方法では、図７（ｂ）に示す
ように、接合部の溶融層が厚く且つ熱影響層も厚いた
め、第２の中実軸２の第１の中実軸１に対する押し込み
量ｄ（図８参照）を微調整するのが困難であり、押し込
み誤差が大きいという課題もある。

【０００５】また、接合部の溶融層や熱影響層が厚くな
るのは、第１の中実軸１と第２の中実軸２との接合に時
間がかかるためと考えられ、さらに、接合に時間がかか
る原因は、第１の中実軸１と第２の中実軸２との相対回
転速度が低いためと考えられる。そこで、圧接時の両中
実軸１，２の相対回転速度を高くすればよいと考えられ
るが、軸状の部材どうしを相対回転させて軸心線に対し
て垂直な平面状に加工された両軸端を突き合わせ溶接し
ようとすると、図９に示すように、両中実軸１，２間で
軸心のずれｓや傾きαが生じて相対位置精度が低下しや
すく、特に、相対回転速度を高くするほどこの現象が現
れやすくなるため、圧接時の両中実軸１，２との相対回
転速度を高くするのは容易ではない。現状でも、相対位
置誤差（軸心のずれ）ｓは最大で０．１ｍｍ程度みる必
要がある。こうした相対位置誤差に起因しても接合部表
面の機械加工（粗加工＋仕上げ加工）が必要になる。

【０００６】また、中実軸等の２つの中実軸状部材にお
いて、軸心線に対して垂直な平面状に加工された両軸端
を互いに圧接する場合、圧接時の両中実軸１，２との相
対回転速度を高くしても回転軸心付近はどうしても相対
速度は低く、回転軸心付近まで溶融させようとするとそ
れだけ接合時間もかかり、特に、図７（ｂ）に示すよう
に、接合部の外周側における溶融層や熱影響層が厚くな
る原因にもなる。

【０００７】また、軸心線に対して垂直な平面状に加工
された両軸端の圧接、即ち、互いに回転する平面どうし
の圧接の場合、大きな加圧荷重（例えば直径３０ｍｍ程
度の中実軸の圧接には数十トン程度）が必要となり、装
置の大型化，高コスト化を招いていた。この原因の１つ
は、上述のように両中実軸（特に、回転軸心付近）の相
対回転速度が低いためとも考えられる。また、このよう
に大きな加圧荷重により圧接することが、軸心線方向の
相対位置精度の低下の原因とも考えられる。

【０００８】ところで、中実軸状部材どうしの摩擦圧接
ではないが、特開昭５２−１０３３５５号には、弁軸部
を有する弁本体（中実軸状部材）に、きのこ弁の弁体部
分外周部を構成する環状部材（中空軸状部材）を摩擦溶
接（摩擦圧接）により接合する、きのこ弁の制作方法が
開示されている。この技術では、接合面となる弁本体の
外周面と環状部材の内周面とにそれぞれテーパを設けて
摩擦溶接を行なえるようにしている。つまり、中実軸状
部材である弁本体の外周に環状部材を接合しようとする
場合、最も単純には接合面を円筒面にすることが考えら
れるが、これでは接合面に軸方向力が作用しないため摩
擦圧接では溶接できず、摩擦圧接を可能にするには、接
合面が軸方向力に対向しうる方向を向いていなくてはな
らない。そこで、接合面をテーパ状に形成しているので
ある。

【０００９】また、やはり中実軸状部材どうしの摩擦圧
接ではないが、特開平５−２３８７４号には、アクスル
ハウジング本体（中空軸状部材）とアクスルエンドパイ
プ（中空軸状部材）とを摩擦圧接により突き合わせ接合
する、アクスルハウジングの製造方法が開示されてい
る。この技術では、両中空軸状部材のうちの一方の接合
面を凸状テーパに他方の接合面を凹状テーパに形成する
ことにより、接合面積を増大させており、これにより、
接合強度の向上を図っている。つまり、中空軸状部材ど
うしを突き合わせ溶接する場合、互いの突き合わせ面の
面積が小さいため接合強度が低下し易い欠点がある。そ
こで、互いの突き合わせ面をテーパ状にして面積を増大
させることで、接合強度の向上を図っているのである。

【００１０】中実軸状部材どうしを摩擦圧接により突き
合わせ溶接する場合、互いの接合面は必然的に軸方向力
に対向しうる方向を向くことになるため接合面は常に摩
擦圧接が可能な状態となり、また、互いの突き合わせ面
の面積は十分に確保することができる。したがって、こ
れらの観点では、上記の各公報に記載の技術を流用する
必要はないが、互いの接合面を凸状テーパと凹状テーパ
とで構成すると、単に摩擦圧接を可能にしたり接合面積
を増大させたりするだけでなく、中実軸状部材どうしを
摩擦圧接するのに有効な効果も期待でき、有用な技術と
考えられる。このような技術は中実軸状部材どうしの摩
擦圧接に限らず、パイプの軸端部にフランジを設けたも
のをそのクランジ部分で互いに接合する場合や、このよ
うなパイプと中実軸状部材とを接合する場合にも、有用
である。

【００１１】本発明は、上述の課題に鑑み創案されたも
ので、２つの軸状部材の接合強度を確保しながら接合部
の溶融層及び熱影響層を薄くできるようにして接合精度
を高めるとともに装置の小型化を促進することができる
ようにした、軸状部材の摩擦圧接部構造及び接合方法を
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明の軸状部材の摩擦圧接部構造では、第１の軸状
部材の接合端面にテーパ状内周面を有する凹部が形成さ
れるとともに、第２の軸状部材の接合端面に該テーパ状
内周面と対応するテーパ状外周面を有する凸部が形成さ
れるので、第１の軸状部材と第２の軸状部材とを互いに
同一軸心線上で相対回転させて該軸心線方向へ圧接力を
加えると、該テーパ状内周面と該テーパ状外周面とがそ
の形状特性から自動的に軸合わせされ、また、互いの接
合面が傾斜しているので、楔効果により該テーパ状内周
面と該テーパ状外周面との間に作用する面の接合方向へ
の力が上記の圧接力に対して大きなものになり、該テー
パ状内周面と該テーパ状外周面とが効率よく接合され、
該第１の軸状部材と該第２の軸状部材とが摩擦圧接され
る。

【００１３】なお、該テーパ状内周面及び該テーパ状外
周面は、上記の第１，第２の軸状部材の各接合端面の軸
心部近傍及び周縁部近傍を除いて構成することが望まし
い。さらに、各接合端面の軸心部近傍及び周縁部近傍の
いずれか一方に、該テーパ状内周面と該テーパ状外周面
との摩擦圧接による上記の第１，第２の軸状部材の軸方
向相対位置を規定するストッパ機能を有するように構成
してもよく、該テーパ状内周面と該テーパ状外周面との
接合を、各テーパ面の全面ではなく、各テーパ面の軸心
側部分及び周縁側部分に部分的に行なうようにしてもよ
い。

【００１４】また、該テーパ状内周面と該テーパ状外周
面との摩擦圧接では、溶融層を薄くし易いので、この摩
擦圧接による溶接バリの発生も少ないが、その上に、請
求項２記載の本発明の中実軸状部材の摩擦圧接部構造の
ように、該テーパ状内周摩擦面と該テーパ状外周面との
間に、該第１の軸状部材と該第２の軸状部材との摩擦圧
接により発生した溶接バリを収容する隙間を形成する
と、接合部における駄肉を増やすことなく、溶接バリを
接合部の内部で（外部に露出させることなく）処理でき
るようになる。

【００１５】また、請求項３記載の本発明の軸状部材の
摩擦圧接方法では、第１の軸状部材の接合端面に形成さ
れテーパ状内周面を有する凹部に対して、第２の軸状部
材の接合端面に形成され該テーパ状内周面と対応するテ
ーパ状外周面を有する凸部を、同一軸心線上で相対回転
させて、該凹部と該凸部との相対回転速度が所定速度以
上になったら、該第１の軸状部材と該第２の軸状部材と
に軸心線方向へ圧接力を加えて、該テーパ状内周面と該
テーパ状外周面とを接合する。このとき、該テーパ状内
周面と該テーパ状外周面とがその形状特性から自動的に
軸合わせされ、また、互いの接合面が傾斜しているの
で、楔効果により該テーパ状内周面と該テーパ状外周面
との間に作用する面の接合方向への力が上記の圧接力に
比べて大きなものになり、該テーパ状内周面と該テーパ
状外周面とが効率よく接合され、第１及び第２の軸状部
材が互いに摩擦圧接される。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施
の形態について説明する。まず、図１〜図３を参照して
本発明の第１実施形態について説明する。なお、本実施
形態では摩擦圧接の対象となる軸状部材はいずれも中実
軸状部材となっている。

【００１７】はじめに、本実施形態において摩擦圧接を
行なう装置について説明すると、図２に示すように、こ
の摩擦圧接装置は、互いに軸心線を一致させてそなえら
れた第１チャック３１と第２チャック３２とをそなえ、
第１チャック３１には第１の軸状部材（以下、第１中実
軸という）１１が装置の軸心線に軸心を一致させるよう
に固定され、第２チャック３２には第２の軸状部材（以
下、第２中実軸という）２１が装置の軸心線に軸心を一
致させるように固定される。

【００１８】第１チャック３１は非回転であるが矢印Ａ
で示すように軸方向へ移動可能になっており、図示しな
い押圧機構に付勢されて第１中実軸１１を第２中実軸２
１へ押圧可能になっている。第２チャック３２は軸方向
へは固定されて装置の軸心線回りに回動するようになっ
ている。つまり、第２チャック３２は固定されたモータ
３３の回転軸３４にそなえられ、モータ３３の回転によ
って第２チャック３２とともに第２中実軸２１が装置の
軸心線回りに回転するようになっている。

【００１９】特に、この摩擦圧接装置では、回転軸３４
にフライホイール３５が装備されており、この回転マス
であるフライホイール３５を高速回転させて大量な回転
エネルギを蓄えた上で、高速回転する第２中実軸２１と
回転を固定された第１中実軸１１とを圧接させるように
して、摩擦圧接時に高速回転を維持できるようになって
いる。また、モータ３３を停止させても、少なくともこ
のフライホイール３５及び第２チャック３２は支障なく
回転を維持できるように、図示しないワンウェイクラッ
チが備えられており、圧接時には、途中でモータ３３を
停止させフライホイール３５に蓄えられた回転エネルギ
のみにより圧着を完了するようになっている。なお、モ
ータ３３はフライホイール３５を圧接部が１０ｍ／ｓｅ
ｃとなる程度の速度で回転させるものであればよく、等
速型でも速度可変型でもよい。

【００２０】また、この実施形態では、第１中実軸１１
を支持する第１チャック３１の回転を固定しているが、
第１チャック３１を第２チャック３２と反対方向に（即
ち、第２チャック３２との相対回転が増加する方向に）
回転させてもよく、また、第１中実軸１１を支持する第
１チャック３１の方のみを回転させて、第２チャック３
２を非回転としてもよい。また、この実施形態では、第
１中実軸１１を支持する第１チャック３１を軸心線方向
に可動にしているが、第１中実軸１１と第２中実軸２１
とを圧接可能の構成であればよく、第２中実軸２１を支
持する第２チャック３２を軸心線方向に可動にしたり、
両チャック３１，３２をいずれも軸心線方向に可動にす
るように構成してもよい。

【００２１】ここで、本実施形態にかかる摩擦圧接部構
造を説明すると、図１（ａ）に示すように、第１中実軸
１１の接合端面１２には、テーパ状内周面１４を有する
凹部１３が形成され、第２中実軸２１の接合端面２２に
はテーパ状外周面２４を有する凸部２３が形成されてい
る。第１中実軸１１の接合端面１２の凹部１３は、テー
パ状内周面１４とこのテーパ状内周面１４よりも軸心側
の底面１５とからなり、凹部１３の外周には環状面１６
が形成されている。底面１５及び環状面１６は、第１中
実軸１１の軸心線１１Ａに対して垂直な平面で構成され
ている。

【００２２】また、テーパ状内周面１４の軸心線１１Ａ
に対する角度β₁は例えば５〜７ｄｅｇ程度といった極
めて鋭角な角度に設定されている。第２中実軸２１もこ
れと対応するように構成されている。つまり、第２中実
軸２１の接合端面２２の凸部２３は、テーパ状外周面２
４とこのテーパ状外周面２４よりも軸心側の頂面２５と
からなり、凸部２３の外周には環状面２６が形成されて
いる。底面２５及び環状面２６は、第２中実軸２１の軸
心線２１Ａに対して垂直な平面で構成されている。ま
た、テーパ状外周面２４の軸心線２１Ａに対する角度β
₂はテーパ状内周面１４と対応するように鋭角な角度
（例えば５〜７ｄｅｇ程度）に設定されている。

【００２３】そして、図１（ｂ）に示すように、第１中
実軸１１の接合端面１２と第２中実軸２１の接合端面２
２とを、互いに同一軸心線上に配置して、相対回転させ
た状態でその軸心線方向へ圧接力を加えることで突き合
わせ接合を行なうが、両接合端面１２，２２において摩
擦圧接（摩擦溶接）される箇所は、テーパ状内周面１４
とテーパ状外周面２４とである。第１中実軸１１側の底
面１５及び第２中実軸２１側の頂面２５は、摩擦圧接完
了後も互いに離隔するようになっている。

【００２４】また、第１中実軸１１側の環状面１６及び
第２中実軸２１側の環状面２６は、テーパ状内周面１４
とテーパ状外周面２４との摩擦圧接時に第２の中実軸２
１の第１の中実軸１１に対する押し込み量ｄ（図６参
照）を規定するストッパとして機能する。つまり、第２
の中実軸２１の第１の中実軸１１に対する押し込み量が
所定量ｄ₀に達したら両環状面１６，２６が当接し、こ
れに応じて第２の中実軸２１の第１の中実軸１１への押
し込み（押圧）を終えることで、両環状面１６，２６の
当接によるブレーキ効果と押し込みの終了とにより、図
１（ｃ）に示すように、摩擦圧接による溶接を完了する
ようになっているのである。

【００２５】本発明の第１実施形態としての軸状部材の
摩擦圧接部構造は、上述のように構成されているので、
以下のような手順（本実施形態の軸状部材の摩擦圧接方
法）で軸状部材の摩擦圧接が行なわれる。つまり、ま
ず、図１（ａ）に示すように、モータ３３を作動させて
第２の中実軸２１を回転させる。第２の中実軸２１の回
転速度が、所定の高速回転速度に達すると、モータ３３
を停止させるとともに図示しない押圧機構により第１の
チャック３１を移動させて、第１の中実軸１１と第２の
中実軸２１とを互いに圧接していく。

【００２６】圧接処理の開始後、まず、第１の中実軸１
１のテーパ状内周面１４と第２の中実軸２１のテーパ状
外周面２４とが接触して摩擦熱を発生しながら互いに溶
融接合を開始し、第２の中実軸２１が第１の中実軸１１
に次第に押し込まれるが、この押し込み量が所定量ｄ₀
になった時点で、第１の中実軸１１の環状面１６と第２
の中実軸２１の環状面２６とが接触する。これに応じ
て、第１のチャック３１の軸方向移動が停止する。

【００２７】第２の中実軸２１は、第１の中実軸１１に
押し込まれていく過程で回転エネルギを消費して減速
し、押し込み量が所定量ｄ₀になった時点では極めて低
速に減速しているので、第１の中実軸１１の環状面１６
と第２の中実軸２１の環状面２６とが接触すると、この
接触抵抗によって第２の中実軸２１の回転が停止し、こ
れとともに押し込みも終了して、図１（ｂ），（ｃ）に
示すように、摩擦圧接による溶接が完了するのである。

【００２８】なお、これらの環状面１６と環状面２６と
が接触する段階では第１の中実軸１１と第２の中実軸２
１との相対回転速度は小さくなっており、第１の中実軸
１１の環状面１６と第２の中実軸２１の環状面２６とは
この接触により通常は溶着しない。また、たとえ溶着し
たとしても、この溶着に関する溶融層や熱影響層は極め
て僅かであり、溶接バリ３〔図７（ｂ）参照〕が殆ど発
生しないようにすることができる。

【００２９】そして、第１の中実軸１１のテーパ状内周
面１４と第２の中実軸２１のテーパ状外周面２４とを圧
接する際には、両テーパ面が軸方向に対して極めて鋭角
であるため、軸方向へ押圧力Ｆを加えると、くさび効果
により、押圧力Ｆと直交する方向に押圧力Ｆに比べて極
めて大きな力Ｑが発生し、テーパ状内周面１４とテーパ
状外周面２４との間に生じる面圧はこの力Ｑと同程度に
大きなものになる。

【００３０】したがって、小さな押圧力でもテーパ状内
周面１４とテーパ状外周面２４との間に生じる面圧は大
きなものにでき、強い圧接力を発揮することができる。
例えば本実施形態のように５〜７ｄｅｇ程度にテーパ面
の角度を設定すると、従来と同程度の圧接力を得るのに
加圧荷重（押圧力）Ｆを１／１０程度に減少させること
ができる。従って、例えば従来と同程度の圧接力を得る
場合、押圧機構を従来の１／１０程度の出力のものに小
型化することができ、装置の小型化を促進することがで
きる。逆に、小出力の押圧機構でも大きな圧接力を得ら
れるため、瞬時に高い摩擦熱を発生させて、摩擦圧接を
短時間で瞬時に行なえるようになる。

【００３１】また、フライホイール３５に大きな回転エ
ネルギを蓄えて第２中実軸２１を回転させながら摩擦圧
接を行なうので、摩擦圧接に伴う回転速度の減少を抑制
することができ、摩擦圧接開始時の回転速度を十分に高
めておくことで、極めて高速回転による摩擦圧接を行な
うことができる。この点でも、大きな摩擦力を発生させ
易くなり、摩擦圧接を短時間で瞬時に行ない易くなる。

【００３２】さらに、実験結果等に基づいて、フライホ
イール３５に蓄える回転エネルギ量の設定（つまり、フ
ライホイール３５の容量設定及びフライホイール３５の
回転速度の設定）と、加圧荷重（押圧力）Ｆの設定とを
適切に行なえば、圧接状態を確実に管理することができ
る。また、摩擦圧接されるテーパ状内周面１４とテーパ
状外周面２４とは、軸心部近傍を除いて形成されている
ので、相対回転速度を十分に与えれば、テーパ状内周面
１４とテーパ状外周面２４との相対速度も十分に確保さ
れることになり、確実で且つ迅速な摩擦圧接を実現する
上で有利になる。

【００３３】したがって、非常に短時間で確実に摩擦圧
接を完了することができ、摩擦圧接による溶着時に生じ
る溶融層や熱影響層を極めて僅かなものに抑えることが
できる。例えば本実施形態にかかる装置による実験結果
では、溶融層厚みが０．０５〜０．３ｍｍ（従来技術の
場合の１／６〜１／１程度）に、熱影響層厚みが１．０
ｍｍ（従来技術の場合の１／５程度）以下になった。

【００３４】さらに、圧接状態を確実に管理できるた
め、第２の中実軸２１の第１の中実軸１１に対する押し
込み量ｄ（図８参照）の管理も容易であり、押し込み量
ｄを適切にすることができ、製品品質を向上させること
ができる。また、テーパ状内周面１４とテーパ状外周面
２４との加工精度が確保されていることが前提となる
が、テーパ状の面１４，２４どうしを圧接する場合、セ
ンタ出しが容易になり、例えば両中実軸１１，２１間で
の軸心のずれｓや傾きαを大幅に抑制することができ、
第１の中実軸１と第２の中実軸２との相対位置精度を大
幅に向上させることができる。例えば相対位置誤差（軸
心のずれ）ｓは１０μｍ程度と従来の１／１０程度まで
抑えることができ、圧接後の接合部表面の機械加工は不
要になる。また、相対位置誤差ｓが３０〜５０μｍ程度
まで抑えられるだけでも、少なくとも仕上げ加工のみを
行なえばよくで粗加工は不要となる。

【００３５】次に、第２実施形態について説明すると、
この実施形態では、図４に示すように、第１中実軸１１
の底面１５と第２中実軸２１の頂面２５とが圧接時のス
トッパ（第２実施形態の環状面１６，２６に相当する機
能）として機能し、各環状面１６，２６は圧接後も接触
しないにようになっている。他の部分は第１実施形態と
同様に構成されている。

【００３６】第２実施形態の軸状部材の摩擦圧接部構造
は、このように構成されるため、圧接過程において、テ
ーパ状内周面１４とテーパ状外周面２４とが互いに押し
込まれて溶融接合していき、第１中実軸１１の底面１５
と第２中実軸２１側の頂面２５とが接触したところで、
第１中実軸１１と第２中実軸２１との相対回転が大幅に
低下して接合処理が完了する。このように、各中実軸１
１，２１の底面１５及び頂面２５をストッパとすると、
ストッパ面積を大きく確保しやすく、また、各環状面１
６，２６は圧接後も接触しないので、この部分に隙間が
生じるもののこの部分の溶着による溶接ばりの発生の虞
を完全に解消することができる。

【００３７】次に、第３実施形態について説明すると、
この実施形態では、図５に示すように、第１中実軸１１
のテーパ状内周面１４と第２中実軸２１のテーパ状外周
面２４とを部分的に溶着させるようにしている。つま
り、テーパ状内周面１４の底面１５側１４Ａとテーパ状
外周面２４の頂面２５側２４Ａとの間、及び、テーパ状
内周面１４の環状面１６側１４Ｂとテーパ状外周面２４
の環状面２６側２４Ｂとの間をそれぞれ接合し、各テー
パ状面１４，２４の中間部１４Ｃ，２４Ｃは、摩擦圧接
完了後も互いに接合しないで離隔するように設定されて
いる。

【００３８】第３実施形態の軸状部材の摩擦圧接部構造
は、このような構成により、圧接面積が調整されること
になり、中実軸１１，２１間の溶接面積は少なくなるも
のの加圧荷重を低減することができ装置の小型化を促進
し加工をより容易なものにすることができる。特に、テ
ーパ状内周面１４，テーパ状外周面２４の基端側と先端
側と、先端側と基端側との２箇所を溶着させているの
で、安定した溶接を行なえる。なお、テーパ状内周面１
４とテーパ状外周面２４とを部分的に溶接する場合の溶
着箇所は本実施形態のものに限定されるものではない。

【００３９】次に、第４実施形態について説明すると、
この実施形態では、図６（ａ）に示すように、第３実施
形態と同様に、第１中実軸１１のテーパ状内周面１４と
第２中実軸２１のテーパ状外周面２４とを部分的に溶着
させるようにしているが、テーパ状内周面１４とテーパ
状外周面２４との間にはこれらの溶着部に隣接するよう
にして摩擦圧接により発生したバリを収容する隙間が形
成されている。

【００４０】つまり、本実施形態では、図６（ａ）に示
すように、テーパ状内周面１４はその母線が直線になる
ような正円錐面に形成されているのに対して、テーパ状
外周面２４はその母線が微小に屈曲した曲線になるよう
な変形円錐面に形成されている。即ち、テーパ状外周面
２４は、その頂面側（頂面側溶接部）２４Ａにおいてテ
ーパ状内周面１４の底面側（底面側溶接部）１４Ａと接
触し、その環状面（環状面側溶接部）２４Ｂにおいてテ
ーパ状内周面１４の環状面（環状面側溶接部）１４Ｂと
接触するが、その軸方向の中間部２４Ｃ及び溶接部２４
Ａよりも更に頂面側端部２４Ｄ及び溶接部２４Ｂよりも
更に環状面側端部２４Ｅにおいては、摩擦圧接後におい
ても、それぞれ対応するテーパ状内周面１４の中間部１
４Ｃ及び頂面側端部１４Ｄ及び環状面側端部１４Ｅと離
隔するように構成されている。

【００４１】そして、互いに離隔した中間部２４Ｃと中
間部１４Ｃとの隙間、及び、頂面側端部２４Ｄと頂面側
端部１４Ｄとの隙間、及び、環状面側端部２４Ｅと環状
面側端部１４Ｅとの隙間は、頂面側溶接部２４Ａと底面
側溶接部１４Ａとの溶接、及び、環状面側溶接部２４Ｂ
と環状面側溶接部１４Ｂとの溶接により発生した溶接バ
リを収容しうる空間になっている。

【００４２】第３実施形態でも、中間部２４Ｃと中間部
１４Ｃとの隙間は溶接バリを収容しうる空間となるが、
本実施形態では、これに加えて、頂面側端部２４Ｄと頂
面側端部１４Ｄとの間、及び、環状面側端部２４Ｅと環
状面側端部１４Ｅとの間に、溶接バリを収容しうる空間
（隙間）が形成されているのである。そして、これらの
隙間を形成する部分では、図６（ａ）に示すように、頂
面側端部２４Ｄと頂面側端部１４Ｄとの角度（軸方向断
面における相対角度）、及び、環状面側端部２４Ｅと環
状面側端部１４Ｅとの角度（軸方向断面における相対角
度）は、最大で５〜７ｄｅｇ程度に抑えられている。こ
れにより、頂面側溶接部２４Ａと底面側溶接部１４Ａと
の溶接、及び、環状面側溶接部２４Ｂと環状面側溶接部
１４Ｂとの溶接を円滑に行なうことができるようになっ
ている。なお、中間部２４Ｃと中間部１４Ｃとの角度
（軸方向断面における相対角度）についても同様の理由
から最大で５〜７ｄｅｇ程度或いはこれよりも小さい角
度に抑えることが好ましい。

【００４３】第４実施形態の軸状部材の摩擦圧接部構造
は、このような構成により、第３実施形態と同様の効果
に加えて、接合部における駄肉を増やすことなく、溶接
バリを接合部の内部で処理できるようになる。つまり、
頂面側溶接部２４Ａと底面側溶接部１４Ａとの溶接，環
状面側溶接部２４Ｂと環状面側溶接部１４Ｂとの溶接に
より僅かではあるが溶接バリが発生するが、この溶接バ
リは、中間部２４Ｃと中間部１４Ｃとの隙間，頂面側端
部２４Ｄと頂面側端部１４Ｄとの隙間，環状面側端部２
４Ｅと環状面側端部１４Ｅとの隙間に収容されることに
なり、溶接バリを接合部の内部で処理できるようになる
のである。

【００４４】例えば、第１，２実施形態のようにテーパ
状外周面２４とテーパ状内周面１４とを軸方向の全長に
わたって接合しようとすると、第３，４実施形態のよう
に部分的に接合させる場合よりも、溶接バリ自体も多く
発生し易い（勿論、従来技術に比べれば格段に少ない）
ため、このような溶接バリを接合部の外表面に露出させ
ることなく確実に接合部の内部で処理できるようにする
には、図６（ｂ）に示すように、テーパ状外周面２４と
テーパ状内周面１４との軸方向両端部外方に、溶接バリ
４１，４２が排出されるような空間を確保することが必
要になる。この場合、接合部は、軸方向にα１，α２だ
け径方向にα３だけ増大させる（即ち、駄肉を生じさせ
る）ことが必要になる。これに対して、本実施形態の場
合、このような駄肉（α１，α２，α３）を設けること
なく、テーパ状外周面２４とテーパ状内周面１４との間
に僅かな隙間を形成するだけで溶接バリの処理空間を確
保できるようになるのである。

【００４５】なお、本発明は、上述の各実施形態に限定
されるものではなく、種々変形して適用しうるものであ
る。例えば、テーパ状内周面１４，テーパ状外周面２４
の角度β₁，β₂を５〜７ｄｅｇ程度としているが、こ
の角度はくさび効果を得られる程度のものであればよ
く、これに限定されるものではない。ただし、角度
β₁，β₂をあまり大きくするとくさび効果が得られ
ず、角度β₁，β₂をあまり小さくするとくさび効果は
得られるがテーパ面１４，２４の加工が難しくなり、摩
擦圧接の加工精度を確保しにくくなるため、一定の幅内
に設定することが好ましく、少なくとも３〜１０ｄｅｇ
程度、好ましくは５〜７ｄｅｇ程度がよい。

【００４６】また、各実施形態では特に考慮していない
が、テーパ状外周面２４がテーパ状内周面１４に押し込
まれた際に、テーパ状内周面１４に径を拡大させる方向
の力が作用するので、これを考慮して、テーパ状内周面
１４の各内径をテーパ状外周面２４の対応箇所の内径よ
りも微小に小さくしたり、テーパ状内周面１４の角度β
₁をテーパ状外周面２４の角度β₂よりも微小角度だけ
小さくして、圧接時にテーパ状内周面１４が微小に拡径
しながら溶着するように設定してもよい。

【００４７】さらに、上述の実施形態では、第２の中実
軸２１の回転速度が所定の高速回転速度に達すると駆動
系（モータ３３）による回転駆動を停止して、第１の中
実軸１１と第２の中実軸２１とを互いに圧接していくよ
うにしているが、モータ３３等の駆動系を適切に制御す
ることができれば、第２の中実軸２１を駆動系により回
転駆動しながら、第１の中実軸１１と第２の中実軸２１
とを互いに圧接していくようにすることも考えられる。

【００４８】また、固定側の軸（ここでは第１の中実軸
１１）の端面にテーパ状外周面を形成し、回転側の軸
（ここでは第２の中実軸２１）の端面にテーパ状内周面
を形成するようにしてもよく、両方の軸１１，２１を互
いに逆方向に回転させ（この場合もフライホイールを効
果的に使えばよい）、両軸を摩擦圧接するようにしても
よい。また、本発明は、中実軸状部材どうしの摩擦圧接
に限らず、パイプの軸端部にフランジを設けたものを互
いに接合する場合や、このようなパイプと中実軸状部材
とを接合する場合にも、適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の軸状部材
の摩擦圧接部構造（請求項１，２）及び摩擦圧接方法
（請求項３）によれば、軸状部材の相互の接合強度を確
保しながら接合部の溶融層及び熱影響層を薄くできて接
合精度を高めることができ、また、装置の小型化を促進
することもできる。また、請求項２の構造によれば、接
合部における駄肉を増やすことなく溶接バリを接合部の
内部で処理できるようになり、溶接バリを外部に露出さ
せないようにしながら、効率の良い接合を行なうことが
できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる軸状部材の摩擦
圧接部構造を示す軸状部材の側面図（一部断面図）であ
り、（ａ）は接合前の状態を示し、（ｂ）は接合後の接
合部状況を示し、（ｃ）は接合後の接合部外周の状況を
示す。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる摩擦圧接の装置
を示す模式図である。

【図３】本発明の第１実施形態にかかる軸状部材の摩擦
圧接部構造の作用を示す図である。

【図４】本発明の第２実施形態にかかる軸状部材の摩擦
圧接部構造を示す側面図（一部断面図）である。

【図５】本発明の第３実施形態にかかる軸状部材の摩擦
圧接部構造を示す側面図（一部断面図）である。

【図６】本発明の第４実施形態にかかる軸状部材の摩擦
圧接部構造を示す要部拡大断面図（断面ハッチは省略）
であり、（ａ）は第４実施形態について示し、（ａ）は
その比較例について示す。

【図７】従来の軸状部材の摩擦圧接部構造及び摩擦圧接
方法を示す軸状部材の側面図であり、（ａ）は接合前の
状態を示す図、（ｂ）は接合後で機械加工前の接合部状
況を示す図、（ｃ）はその機械加工後の外周面状況を示
す図である。

【図８】本願発明の課題を説明する図である。

【図９】本願発明の課題を説明する図である。

【符号の説明】

１１第１の軸状部材（第１中実軸）１２第１の軸状部材の接合端面１３凹部１４テーパ状内周面２１第２の軸状部材（第２中実軸）２２第２の軸状部材の接合端面２３凸部２４テーパ状外周面３５フライホイール

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の軸状部材と第２の軸状部材とを互
いに同一軸心線上で相対回転させて該軸心線方向へ圧接
力を加えて突き合わせ接合する軸状部材の摩擦圧接部構
造において、該第１の軸状部材の接合端面にテーパ状内周面を有する
凹部が形成されるとともに、該第２の軸状部材の接合端
面に該テーパ状内周面と対応するテーパ状外周面を有す
る凸部が形成され、該テーパ状内周面と該テーパ状外周
面との接合により該第１の軸状部材と該第２の軸状部材
とが摩擦圧接されるように構成されていることを特徴と
する、軸状部材の摩擦圧接部構造。
【請求項２】該テーパ状内周面と該テーパ状外周面と
の間に、該第１の軸状部材と該第２の軸状部材との摩擦
圧接により発生したバリを収容する隙間が形成されてい
ることを特徴とする、請求項１記載の軸状部材の摩擦圧
接部構造。
【請求項３】第１の軸状部材と第２の軸状部材とを互
いに同一軸心線上で相対回転させて該軸心線方向へ圧接
力を加えて突き合わせ接合する軸状部材の摩擦圧接方法
において、該第１の軸状部材の接合端面に形成されテーパ状内周面
を有する凹部に対して、該第２の軸状部材の接合端面に
形成され該テーパ状内周面と対応するテーパ状外周面を
有する凸部を、同一軸心線上で相対回転させて、該凹部と該凸部との相対回転速度が所定速度以上になっ
たら、該第１の軸状部材と該第２の軸状部材とに軸心線
方向へ圧接力を加えて、該テーパ状内周面と該テーパ状
外周面とを接合して該第１の軸状部材と該第２の軸状部
材とを摩擦圧接することを特徴とする、軸状部材の摩擦
圧接方法。